Vasp入門+實例

1、第一原理電子結(jié)構(gòu)計算程序：VASP 程序原理 輸入文件 輸出文件 應(yīng)用POTCARKPOINTSPOSCARINCAR輸入文件pseudopotentail fileBrillouin zone samplingstructural datasteering parametersChoosing POTCAR fileLDAGGAPAW_LDAPAW_GGAPAW_PBE(VASP4.5)Check following line in POTCAR LEXCH= CA or 91 GGA= LPAW= T基本任務(wù) 計算電子態(tài)密度,能帶,電荷密度 優(yōu)化晶體參數(shù) 內(nèi)部自由度弛豫 結(jié)構(gòu)弛豫INCAR

2、輸入文件: 程序控制參數(shù) System =diamond Si ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02 GGA=91 NPAR=4 NSW=100 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1 LWAVE = F LCHARG = F POSCAR輸入文件: 原胞中的原子位置Diamond Si3.90.0 0.5 0.50.5 0.0 0.50.5 0.5 0.0 1Direct0.0 0.0 0.0 基矢的公因子基矢a1基矢a2基矢a3原胞中的原子個數(shù)坐標(biāo)系選為基矢構(gòu)成的坐標(biāo)系基矢坐標(biāo)系下原子的

3、位置)(211kjaa)(212kiaa)(213jiaaKPOINTS輸入文件: 控制K-點的選取方式K-Points 0Monkhorst Pack 11 11 11 0 0 0POTCAR輸入文件: 贗勢文件 US Si 4.00000000000000000 parameters from PSCTR are: VRHFIN =Si: s2p2 LEXCH = CA EATOM = 115.7612 eV, 8.5082 Ry GGA = -1.4125 -1.4408 .0293 -.9884 eV TITEL = US Si LULTRA = T use ultrasoft PP

4、? IUNSCR = 1 unscreen: 0-lin 1-nonlin 2-no RPACOR = 1.580 partial core radius POMASS = 28.085; ZVAL = 4.000 mass and valenz RCORE = 2.480 outmost cutoff radius RWIGS = 2.480; RWIGS = 1.312 wigner-seitz radius (au A) ENMAX = 150.544; ENMIN = 112.908 eV EAUG = 241.945 輸出文件OUTCARCONTCARCHGCARCHGWAVECAR

5、DOSCAREIGENVALOSZICARLOCPOTPROOOUT示例1: 用VASP求硅的電子態(tài)密度和能帶分如下幾步: (1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)(3). 固定晶格參數(shù), 求出能態(tài)密度(DOSCAR), 確定費米能量(4). 修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽 計算,得到輸出文件EIGENVAL(5). 提取數(shù)據(jù),畫圖 (1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS System =diamond Si ISTART

6、 = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02 NPAR=4 NSW=1 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1 Diamond Si5.50.0 0.5 0.50.5 0.0 0.50.5 0.5 0.0 2Direct0.0 0.0 0.0 0.25 0.25 0.25 K-Points 0Monkhorst Pack 21 21 21 0 0 0VASP提供各種POTCAR(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)運行VASP程序, 查看SUMMARY.fcc輸出文件:(3). 固定晶格參數(shù), 求

7、出能態(tài)密度(DOSCAR), 確定費米能量(i)找到平衡晶格常數(shù)后, 把該值寫入到POSCAR文件中,并增加K點數(shù) 作一個離子步自洽計算(NSW = 0, IBRION = -1) .(ii) 從DOSCAR輸出文件中讀出態(tài)密度和費米能級,費米 費米能級也可從OUTCAR中讀出.(4). 做非自洽計算, 求電子結(jié)構(gòu) 修改INCAR文件: 將參數(shù)ICHARG設(shè)為 11 修改KPOINTS輸入文件 運行VASP程序,從輸出文件EIGENVAL中提出電子結(jié)構(gòu)畫出電荷密度 VASP輸出電荷密度文件CHGCAR 采用免費程序LEV00處理數(shù)據(jù)文件CHGCAR www.cmmp.ucl.ac.uk/lev

8、-3-2-10123-3-2-101( )()00.080.340.410.480.55示例2: 用VASP求Mg的電子態(tài)密度和能帶分如下幾步: (1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)(3). 固定晶格參數(shù), 求出能態(tài)密度(DOSCAR), 確定費米能量(4). 修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽 計算,得到輸出文件EIGENVAL(5). 提取數(shù)據(jù),畫圖 (1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS Sy

9、stem =hcp Mg ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIFF = 1E-04 EDIFFG = -0.02 NPAR=4 NSW=1 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1 K-Points 0Monkhorst Pack 21 21 21 0 0 0VASP提供各種POTCARHcp-Mg 3.208 0.5 -0.866 0 0.5 0.866 0 0.0 0.0 1.6 2 Direct0.0 0.0 0.00.66667 0.33333 0.5c/a)2321(1jiaakca3)2321(2jiaa(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求

10、出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)hcp結(jié)構(gòu)晶體含有一個內(nèi)部自由度, 晶格參數(shù)優(yōu)化過程要比立方結(jié)構(gòu)費時Mg: a=3.208, c/a=1.6(3). 固定晶格參數(shù), 求出能態(tài)密度(DOSCAR), 確定費米能量(i)找到平衡晶格常數(shù)后, 把該值寫入到POSCAR文件中,并增加K點數(shù) 作一個離子步自洽計算(NSW = 0, IBRION = -1) .(ii) 從DOSCAR輸出文件中讀出態(tài)密度和費米能級,費米 費米能級也可從OUTCAR中讀出.-6-4-202468 DOSEnergy(4). 做非自洽計算, 求電子結(jié)構(gòu) 修改INCAR文件: 將參數(shù)ICHAR

11、G設(shè)為 11 修改KPOINTS輸入文件 運行VASP程序,從輸出文件EIGENVAL中提出電子結(jié)構(gòu))2321(1jiaakca3)2321(2jiaa)33(21jiab)33(22jiabkcb23)0 , 0 , 0(000321bbb)0 ,31,31()(3121bbK)0 , 0 , 5 . 0(5 . 01bM)5 . 0 , 0 , 0(5 . 03bA)5 . 0 , 5 . 0 , 5 . 0(5 . 05 . 05 . 0321bbbH)5 . 0 , 0 , 5 . 0(5 . 005 . 0321bbbLk-points along high symmetry lin

12、es100 ! 100 intersectionsLine moderec 0 0 0 ! gama 0.3333 0.3333 0 ! K 0.3333 0.3333 0 !K 0.5 0.0 0.0 ! M 0.5 0.0 0.0 ! M 0 0 0 ! gama 0 0 0 ! gama 0 0 0.5 ! A 0 0 0.5 ! A 0.3333 0.3333 0.5 ! H 0.3333 0.3333 0.5 ! H 0.5 0.0 0.5 ! L 0.5 0.0 0.5 ! L 0 0 0.5 ! AKPOINTS文件: 電荷密度)0211(BeBe(0001)示例3: 用VASP

13、求鉛鋅礦結(jié)構(gòu)CoO的電子結(jié)構(gòu)設(shè)CoO呈鐵磁性,故需做自旋極化計算 (1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)(3). 固定晶格參數(shù), 求出能態(tài)密度(DOSCAR), 確定費米能量(4). 修改KPOINTS和INCAR輸入文件,固定電荷密度,做非自洽 計算,得到輸出文件EIGENVAL(5). 提取數(shù)據(jù),畫圖 (1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS System =hcp Mg ISTART = 0 ENCUT = 150.0 NELM= 200 EDIF

14、F = 1E-04 EDIFFG = -0.02 ISPIN = 2 NPAR=4 NSW=1 IBRION = 2 ISIF=2 ISYM = 1 K-Points 0Monkhorst Pack 21 21 21 0 0 0VASP提供各種POTCAR)2321(1jiaakca3)2321(2jiaa 2.98 0.5 -0.866 0.0 0.5 0.866 0.0 0.0 0.0 1.735 2 2Direct 0.0 0.0 0.0 0.66667 0.33333 0.5 0.66667 0.33333 0.1337 0.0 0.0 0.6337ABAB(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出

15、能量最低所對應(yīng)的晶格參數(shù)wurtzite晶體含有兩個內(nèi)部自由度, 晶格參數(shù)優(yōu)化過程要比立方結(jié)構(gòu)費時CoO: a=2.98, c/a=1.735, u=0.367-24-8-4048-24-8-4048A L M A H K A L M A H K E (eV) -20-1001020-505 DENSITY OF STATESENERGY (eV)固體材料表面的第一原理計算介紹 VASP程序 構(gòu)造超原胞 計算表面性質(zhì) 應(yīng)用Building surfaces(1)asymmetric setup(2)symmetric setupFixed layers(bulk)coordinatesare

16、optimizedunit cellvacuum示例1: 用VASP求1*1Mg(0001)的表面性質(zhì)分如下幾步: (1). 生成4個輸入文件: POSCAR POTCAR INCAR KPOINTS(2). 優(yōu)化晶格參數(shù),求出體Mg的晶格參數(shù)(3). Mg(0001)的原子層數(shù),構(gòu)造超原胞的POSCAR(4). 計算表面性質(zhì)(5). 提取數(shù)據(jù),畫圖 Mg(0001): 3.208000 0.5 -0.8660254 0.0 0.5 0.8660254 0.0 0.0 0.0 10.22441 6 Direct 0.0 0.0 0.3048788 0.6666667 0.3333333 0.3

17、829273 0.0 0.0 0.4609758 0.6666667 0.3333333 0.5390242 0.0 0.0 0.6170728 0.6666667 0.3333333 0.6951212POSCAR表面性質(zhì)Surface energy)(21bulkatomsurfENEGeometrygetting relaxed structure from CONTCARRelaxation of surface layers :%100ideaideaidddHeat of formation of overlayers of A on substrate B2)2()()()(2)

18、()(AbulkBslabAnBslabAnnEEEH(Should use the same energy cutoff for each calculation)Local Density of statesINCAR: RWIGS = (works only for NPAR = 1 or serial version) LORBIT = 11 (only for PAW) ISMEAR = -5 (use tetrahedron for DOS calculations) NPAR = 1Output file : DOSCAR (energy, s-dos, p-dos, d-dos

19、 for each atom) PROCAR (dos for each band and k-point)Work function1. Search “E-fermi” in OUTCAR to get fermi-level2. Analyze and plot data in LOCPOTINCAR: LVTOT = .TRUE.Output file : LOCPOT (same format as CHGCAR) WRITE(IU,FORM) (V(NX,NY,NZ),NX=1,NGX),NY=1,NGY),NZ=1,NGZ)LOCPOT only contain electros

20、tatic part of potential,if exchange correlation potential is to be included,change one line in main.F :! comment out the following line to add exchange correlation! INFO%LEXCHG=-1Coulomb potential (eV)Coulomb potential (eV)Coulomb potential (eV)Coulomb potential (eV)W(100)W(110)W(111)W(211)Fermi ene

21、rgyZ-axis()Z-axis()Z-axis()Z-axis()Mg(0001)的表面性質(zhì)-2-1012-6-4-202468 -6-4-202468(c) Energy (eV)(a) (b) DOS Energy (eV)(d) M L A L M L A L Energy (eV)-6-4-20246810 Energy (eV) M L A L 示例2: 原子氫在Mg(0001)表面的吸附性質(zhì)Mg(0001)+H: 3.208000 0.5 -0.8660254 0.0 0.5 0.8660254 0.0 0.0 0.0 10.22441 6 2 Direct 0.0 0.0 0.3048788 0.6666667 0.3333333 0.3829273 0.0 0.0 0.4609758 0.6666667 0.3333333 0.5390242 0.0 0.0 0.6170728